关士锋

河北高速公路集团有限公司承德分公司

摘要： 结合承唐高速公路隧道水消防工程，详细介绍了寒区高速公路隧道水消防系统的基本原理，消防控制触发机制，隧道水消防系统，重点提出相关设计要点，以期为隧道水消防系统设计方案提供参考，实现快速灭火，降低火灾造成的危害。

关键词： 高速公路;隧道;水消防系统;管道保温;

作者简介： 关士锋（1981—），男，高级工程师，从事高速公路养护管理工作。;

高速公路隧道消防管道安装单价,隧道消防水系统设计

1 工程概况

承唐高速公路隧道水消防工程共涉及隧道4处，分别为五道岭隧道、北大山隧道、小凿子隧道、王杖子隧道，隧道长度为18.588km。隧道均为上、下行分离的高速公路隧道，双洞六车道单向交通，设计行车速度80km/h。隧道建筑限界以外，隧道净空断面以内的空间，设置监控、通风、照明、供配电和消防等各项附属设施。隧道内火灾主要以汽车交通事故或汽车燃烧引起火灾为主，火灾类型有A、B、C类与金属火灾，主要以B类火灾为主，隧道消防系统根据此特点进行设计、配置。根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2-2014），参照现行《建筑设计防火规范》（GB50016—2014），隧道消防设计根据隧道长度和交通量来设计隧道消防系统，上述隧道均已达到*级A**及以上，隧道应设置消火栓、水成膜泡沫灭火装置、灭火器。

2 隧道水消防系统基本原理

2.1 水消防系统工作原理

通过深井泵将水井内水源抽取至消防水池，利用水泵房内的消防水泵将储存在消防水池内的水注入消防管网内，设定好压力值，利用泵房内减压稳压装置时刻保持工作（设计）压力，一旦隧道内发生火灾，相关人员利用隧道内消火栓及水成膜泡沫灭火装置等将火灾扑灭，减少或避免火灾带来的人员及财产损失。

2.2 机电监控系统工作原理

由隧道监控人员通过已安装完成的信息传输网络实时监控电伴热控制箱、泵房内消防巡检柜等设备以及消防水池内水位等，了解电伴热工作状态、实时温度、消防泵组等工作状态。

泵房内设备统一由消防巡检柜等控制启、停，在使用室内外消火栓时，泵房内消防稳压泵运转时刻保持水压，持续保持管道设定的压力区间范围，消防稳压泵设置有压力仪表，当低于设定的最低压力时自动运转，待压力达到设定上限时停止运转；当隧道内消防管道压力下降到一定数值（消防用水量增大）或失压状态下，设于主管道上的压力开关开始闭合，消防主泵启动。

消防水池内的水位通过设备显示在消防巡检柜显示屏和隧道监控屏幕上，当水位低于设置的最低值时，传输至消防巡检柜，消防巡检柜发出信号给深井潜水泵控制柜控制潜水泵开启，往消防水池内蓄水，到达设定水位后，数据自动传输给消防巡检柜，再由消防巡检柜控制发出信号，由控制柜控制潜水泵停止工作。

电伴热控制箱控制电伴热发热温度，设置最低值和最高值，当管道温度低于设定的温度时，信号传输至控制箱，启动电伴热工作，温度达到设定要求后，停止工作，电伴热最低启动温度值一般设置为4℃，若温度低于4℃时仍未启动，电伴热控制箱会出现报警情况，软件监控系统会显示工作异常，由监控人员通知相关工作人员现场查看。

2.3 常高压隧道消防稳压供水设备系统原理

常高压消防稳压供水设备主要由消防泵、消防稳压设备和消防泵控制柜组成。作为成套设备，能接收和处理各种消防信号，发出运行、故障、报警信号。压力、液位控制全自动供水，保证消火栓所用水压、水量。按要求预设通讯接口，以便实现远程控制连接。高压消防稳压供水设备平时由两台稳压泵轮流交替运行以维持管网水压（稳高压），若稳压设备运行期间打开消火栓取水，由于稳压泵流量不能满足消防需求，系统压力会迅速降低，当降至消防泵启动压力时，则消防泵自动启动，从而给消火栓提供所需的压力及水量。

3 消防控制触发机制

本路段水消防隧道的控制、触发机制为气压稳压+水池供水系统。气压稳压+水池供水系统有4种触发方式：

(1）火灾发生时，隧道内人员直接使用消防用水，导致水泵房内消防稳压泵连续工作，最终触发消防主泵启动；

(2）火灾发生时，隧道内人员触发隧道火灾报警按钮，隧道监控中心值班人员通过各类监控设备人工确认、判定发生火灾，从而远程启动消防主泵；

(3）水泵房人工手动启动；

(4）在平时没有发生火灾的运营待命状态，隧道管网的各种原因导致管网的水压下降，首先是由气囊式气压罐向隧道管网稳压补水，其次是1主1备的稳压泵往气压罐和管网补水。

在发生火灾并且被监控所人员人工确认（无论是现场手动报警按钮或者其他传感器报警，信号传送至监控中心后，均需要人工确认是否火灾），对于小型火灾，可采用相应的灭火器灭火，气囊式气压罐、18m3消防水箱（其常高压压差保证消火栓最不利用水）也可能保证初期不小于60s的含设计压力的用水量；对于火灾发展，隧道内消火栓系统用水使得气压罐压力下降，自动或遥控触发2台消防主泵同时启动从消防水池往隧道管网补水、增压稳压，相应地消防水池水位下降，触发深井泵往蓄水池补水。

4 隧道水消防系统

4.1 消防设施设备

在隧道内沿行车方向右侧每隔50m设一处消防设备洞室，内设消防箱、消火栓2套（包括SN65消火栓2个、25m水龙带2条、灭火枪2把）、固定式水成膜泡沫灭火器装置1套、手提式磷酸铵盐干粉灭火器2具。

4.1.1 消防箱体

箱体采用优质冷轧钢板，表面喷塑固化处理，防潮、防锈及防腐蚀，消防箱的门框采用铝合金门框及玻璃与隧道壁的弧度一致，采用自动助力装置，正中设反光漆醒目标志“消防设备”字样，但隧道门开启后不能侵入隧道界限。箱体应端正且有足够的刚度和强度，不应有歪斜翘曲现象。

4.1.2 水成膜泡沫灭火装置

设置在水消防洞室内，间距50m 1套。每套水成膜泡沫系统，包括泡沫喷枪1个、30L不锈钢泡沫罐1个（内含抗寒型、抗溶泡沫液）、30m橡胶软管卷盘1套、比例混合器1个、过滤阀、放空阀、闸阀、导轨开关以及其他必要连接设备、管件等，与消火栓共用箱体。

4.1.3 消火栓以及配套设施

消防洞室内设置2个减压稳压消火栓，室内消火栓型号：SNW65-Ⅱ，水龙带25m长、灭火枪枪口19mm。消火栓各密封部位应能承受1.6MPa的水压。消火栓的阀体阀盖应能承受2.4MPa的水压，保压2min，不得有破裂和渗漏现象。消火栓栓口流量5L/s、动水压大于0.5MPa时，选用减压、稳压消火栓，保证当DN65消火栓栓口流量为5L/s时，动水压不大于0.5MPa。

在隧道洞外洞口处及应急停车带处设置地下式消火栓，距离隧道洞口不小于10m，主要用于专业*防队消**伍及消防车补水。每套消火栓设置一个直径为100mm和两个直径65mm的栓口。

4.1.4 灭火器

在隧道内发生火灾时，为驾驶员在火灾初期使用的具有迅速而有效灭火功能的设备。型号：6.0kg手提式磷酸铵盐干粉灭火器MFZL8。

4.1.5 供水钢管

镀锌钢管用于隧道内消防干管、支管及水成膜泡沫灭火装置供水支管，管径大于等于DN65采用沟槽连接，并且用槽钢支架固定在电缆沟中，管径小于DN65采用丝扣连接。隧道左、右线在车行方向右侧各敷设一路消防主管，通过隧道两端洞口连接左、右线消防主管，形成保障有力的消防供水环网。

隧道外供水主管采用无缝钢管，焊接连接，氩弧焊打底、电焊照面。主要连接水井、消防水池、水泵房、水井房以及隧道外管网。

4.2 消防给水工程附属构筑物

消防给水设施及附属构筑物包括水井房、消防泵房、深水井及消防水池等配套设施。根据现场实际情况，在隧道的进口（或出口）附近建设。水泵房为单层砖混结构，满足水泵房特殊需求。消防水池设置在消防水泵房附近，蓄水容量400m3钢筋混凝土结构，保温采用100mm聚氨酯保温材料，紧贴水池顶盖板铺设，水池上覆土1000mm，水池施工完毕必须进行满水试验，不得有漏水现象。水源井口径为320mm，出水量为400m3/48h。

4.3 消防给水设施

4.3.1 多功能消防水泵电器控制柜

多功能消防水泵电器控制柜内含PLC核心控制。包含以下功能：带显示屏，显示当前高、低位水池的水位；显示两台消防水泵（若为气压稳压系统则还应显示两台稳压泵）的状态（待命、启动、停止、故障）；显示深井泵状态（启动、停止）；根据水位信号程序控制水泵各项功能；带RS485及以太网传输通信模块、带模拟输入、输出接口、带开关量输入输出接口。

4.3.2 水泵房电源配电柜

水泵房内的总配电柜应包含以下内容：一路为消防电源线路，连接水泵控制柜、水泵、深井泵开关柜等用电；一路为水泵房普通用电线路，适用于灯、风扇等（如有）；一路为备用开关。

4.3.3 消防泵

消防水泵房内设置2台消防专用加压水泵，消防水泵出口流量0～40L/s，额定压力0.6MPa，电机功率37kW。在隧道遭遇火灾情况下，消防加压主水泵可根据管道压力、稳压设备压力信号、远程控制自动信号以及现场手动控制信号等自动进行启、停工作，并且能接收和处理各种消防信号，发出运行、故障、报警信号。

4.3.4 消防自动稳压系统

消防自动稳压系统包括立式稳压泵、压力控制器、压力表、隔膜气压罐及安全阀等。气压稳压供水系统+低位水池供水的方式的隧道中设置1主1备并联消防气压罐。压力等等参数应与气压稳压供水系统其他泵组、控制柜、仪表、基座等匹配、形成完整功能的有机组合。

4.4 保温及电伴热系统

隧道内消防管道包括DN150消防主干管、DN80消防支管道，均采用串联恒功率电伴热系统加以特别保护。电伴热采用串联恒功率伴热系统，每套系统有电伴热带、温度控制器、温度变送器、电源接线箱及附件组成，最大长度不超过500m。电伴热三根一组平行敷设在管道上面，每次遇到消火栓，其中一根电伴热采用U形安装在消火栓上，三根交替对消火栓及支管伴热。线性功率：隧道内消防管道电伴热每米DN150管道24w，单根发热电缆功率：隧道电缆沟内消防管道电伴热带8w/管道延m；控温范围：-35℃至25℃；实现自动控温，管网内水的温度5℃以上。

隧道内消防管道外包超细离心玻璃棉制品保温，厚度50mm（支管）/60mm(DN150主管）/80mm(DN200主管），保温层外缠玻璃布2道，刷防火漆2道，以达到较好的保温效果。应用带有高精度温度传感器的温度控制器来控制消防管道外表面的温度，将温度传感器的控制点放置在易结冻位置，当探测点的温度低于定值时（一般设置为5℃），发热电缆启动，从而维持消防管道的温度，并以较少的能量消耗获得最好的使用效果。

隧道外埋的管道埋深应大于最大冻层深度120cm以上，采用50mm厚聚氨酯保温材料保温，玻璃钢防护材料防护。局部达不到冻深的埋地消防管道，埋设深度不小于80cm，并采用电伴热（10W/延m管道）+50mm厚聚氨酯保温材料防冻措施。

消防水池采用100mm厚聚苯板+1 000mm覆土的保温措施。

4.5 供配电及电缆

由隧道的进口（或出口）配电室取电，采用电缆套DN100镀锌钢管铺设至新建消防水泵房内配电柜，作为水泵房及相关设备用电。

4.6 监控联调

消防系统通过蓄水池中的水位与地面高度差确保消防供水压力，消防控制子系统主要通过水位检测控制显示仪检测的水位，控制消防水泵的起停，确保蓄水池中的水位范围。水位检测对象主要为隧道消防蓄水池，控制对象为消防水泵和深井泵。本项目新增隧道消防控制软件需要与原有隧道监控软件进行联调，通过原有服务器和工作站反馈消防系统状况，控制水泵等设备动作。

5 设计要点

5.1 水源

在隧道洞外设有消防水池和加压消防泵房。隧道消防用水时，由消防水池经由泵房加压、稳压系统直接供给隧道内消防时使用，以满足消防用水量及压力要求，隧道消防水源通过打深水井解决取水问题。

5.2 管道保温

本项目采取电伴热方案保温，在管道与保温层敷设伴热线缆，以补充管道的热损失，真正达到管道防冻的效果，伴热线外再用50mm厚聚氨酯发泡保温材料保温。发热电缆可以各种方式敷设在消防管道上，应用带有高精度的温度传感器的温度控制器来控制消防管道外表面的温度，将温度传感器的控制点放置在易冻结位置，当探测点的温度低于设定值时（一般设置为5℃），伴热线启动，从而维持消防管道的温度，并以较少的能量消耗获得最好的使用效果。

5.3 试压

水消防系统管网安装完毕后，应进行水压强度试验和水压严密性试验：强度试验压力应为工作压力的1.5倍并不低于1.4Mpa，达到试验压力后稳压30min，目测管网无渗漏、无变形，且压力降不应大于0.5Mpa；严密性试验应在强度试验和管网冲洗合格后进行，试验压力为工作压力1.0Mpa，稳压24h，无渗无漏为合格。

6 结论

(1）承唐高速公路隧道水消防系统经过近2年使用，整体运行情况较好，尤其是冬季能够有效防止供水管道冻结。

(2）设计阶段应充分考虑水源、电伴热以及相关消防设施的复杂性，经多方论证制定一个合理的设计方案，确保隧道发生火灾时，能够发挥水消防的作用，快速实现灭火，最大限度降低火灾造成的危害。

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